Читайте также:
|
Роль биологии в системе медицинского образования. Биологические основы теоретической и практической медицины.
В системе медицинского образования изучение биологии определяется тем, что биология - это теоретическая основа медицины. Поскольку человек является частью живой природы, закономерности строения и функционирования живых организмов распространяются на процессы жизнедеятельности человека в норме и патологии.
Биологические основы теоретической и практической медицины
Патологическая анатомия (Морфологические науки: анатомия, гистология, клеточная биология)
Патологическая физиология (Физиология, биохимия, клеточная биология, молекулярная генетика)
Гигиена (Популяционная генетика, экология, физиология.)
Терапия и хирургия (Анатомия, физиология, генетика, биохимия)
Акушерство ( Эмбриология, цитология, анатомия, физиология, генетика)
Эпидемиология (Паразитология, микробиология, вирусология, экология, молекулярная биология)
Примеры из истории науки, показывающие тесную связь успехов медицины с открытиями, сделанными в области биологии.
Исследования Л. Пастера (1822-1895 гг.), доказавшие невозможность самопроизвольного зарождения жизни в современных условиях, открытие того факта, что гниение и брожение вызываются микроорганизмами, произвели переворот в медицине и обеспечили развитие хирургии. В практику были введены антисептика и асептика. Это открытие послужило стимулом к поискам возбудителей инфекционных болезней и разработке мер по профилактике и лечению инфекционных болезней.
Изучение И.И. Мечниковым процессов пищеварения у низших многоклеточных организмов способствовало формированию знаний о механизмах клеточного иммунитета.
Появление клеточной теории позволили глубже понять причины возникновения болезни и способствовали разработке методов ее диагностики и лечения. Разрабатывая дальше клеточную теорию, Р. Вирхов создал концепцию клеточной патологии (1858 г.). Объясняя течение патологических состояний структурно-химическими изменениями на клеточном уровне, эта концепция способствовала появлению патологической анатомии.
Филогенетический принцип, основанный на теории эволюции органического мира, определил возможность создания живых моделей для изучения болезней и для испытания новых лекарственных препаратов.
Открытие модели строения молекулы ДНК Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953 г.) явилось ключевым этапом развития молекулярной биологии и определилоприоритетныенаправления современной медицины в поисках путей профилактики, диагностики и лечении болезней человека.
Завершение Международного проекта «Геном человека» (2003 г) открывает новые перспективы в области молекулярной диагностики и создании новых методов лечения наследственных болезней.
Многообразие органического мира (особенности строения клеток, способы питания, роль в экосистемах организмов из разных царств). Принципы классификации организмов. Основы систематики.
В настоящее время принято подразделять мир живых существ на два надцарства: безъядерные или прокариоты (Procaryota), и ядерные, или эукариоты (Eucaryota).
Среди прокариот выделяют царства архебактерий (Archaebacteria) и собственно бактерий (Eubacteria). Эубактерии имеют типичное для прокариот строение. Архебактерии открыты относительно недавно – в 1977 году. Они являются обитателями экстремальных условий. Архебактерии отличаются от бактерий составом клеточной стенки – в ее состав входит вместо муреина псевдомуреин. У некоторых архебактерий клеточная стенка построена из белка. Другое уникальное свойство архебактерий касается состава их мембранных липидов: образуются однослойные (а не двухслойные) липидные мембраны.
Эукариот чаще всего подразделяют на три царства: растений (Vegetabilia, или Plantae), животных (Animalia, или Zoa) и грибов (Mycetalia, Fungi). Животные и грибы относятся к гетеротрофным организмам, питающимся готовыми органическими веществами, но первые преимущественно питаются другими организмами или их остатками, а грибы впитывают растворенные органические вещества. Большинство же растений – автотрофы, создающие органические вещества в процессе фотосинтеза.
На основе сравнительного изучения живых организмов из разных царств выявлены их основные особенности. Зеленые растения обладают голофитным способом питания (питание без захвата твердых пищевых частиц – посредством транспорта растворенных веществ через поверхностные структуры клетки), животным свойственен особый – анимальный или голозойный способ питания путем заглатывания пищевых частиц. Кроме того, некоторые животные обладают, подобно грибам, сапрофитным способом питания. К ним относятся некоторые паразитические и примитивные свободноживущие формы, всасывающие через покровы растворенные органические вещества. Морфологически клетки животных отличаются от таковых у растений и грибов отсутствием твердой (целлюлозной или хитиноидной) оболочки. Животным свойственны активный метаболизм, ограниченный рост тела и сложное строение у высших форм.
Автотрофные организмы (зеленые растения) являются продуцентами органического вещества, а животные – основные консументы, или потребители, органических веществ. Наряду с грибами и микроорганизмами животные могут выполнять и роль редуцентов, осуществляя минерализацию органических веществ. Автотрофы обогащают атмосферу кислородом, необходимым для дыхания большинства живых организмов, гетеротрофы выделяют в процессе дыхания углекислый газ, используемый растениями для фотосинтеза.
Принципы классификации живых организмов
Все живые организмы распределяются по определенной системе иерархически соподчиненных групп – таксонов(классы, семейства, роды, виды и т.д.). Описанием упорядоченных (классифицированных) биологических объектов и построением их систем, занимается наука систематика.
Основа естественной систематики – историческая общность, т.е. организмы, имеющие филогенетическое родство попадают в одну группу, далекие – в разные.
Основными методами систематики являются сравнительно – морфологический и палеонтологический.
Вид – основная структурная единица в системе живых организмов, качественный этап их эволюции. Вследствие этого вид – основная таксономическая категория в биологической систематике.
Группы близких видов объединяются в роды. Близкородственные роды объединяются в семейства, семейства – в отряды, отряды – в классы. Одной из высших таксономических категорий является тип. Тип объединяет родственные классы. Часто тип подразделяют на более высшие чем классы таксоны – подтипы. Все организмы, относящиеся к одному типу, характеризуются единым планом строения.
5: Клетка – структурно- функциональная единица всего живого. Основные положения клеточной теории, её медицинское значение.
Кле́тка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов, обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию.
Клеточная теория была сформулирована ботаником М. Шлейденом и зоологом Т. Шванном в 1838-1839 гг. В 1858 г. Р. Вирхов обосновал принцип преемственности клеток путем деления («каждая клетка из клетки»).
Клеточная теория постулирует:
С современных позиций можно добавить еще одно положение:
Значение клеточной теории: она дала начало в развитии науки цитологии и гистологии. Знания структуры и функций клеток разных тканей, их субструктур, и взаимодействия, протекающих в них процессов роста, развития, размножения и гибели, патологических нарушений их жизнедеятельности определяют клинические проявления болезней и имеют важнейшее значение для диагностики и лечения.
6: Неклеточные формы жизни – вирусы.
Вирусы – неклеточные формы жизни, способные проникать в живые клетки и размножаться только внутри этих клеток. Подобно всем другим организмам вирусы обладают собственным генетическим аппаратом, который кодирует синтез вирусных частиц из биохимических предшественников, находящихся в клетке – хозяине. Вирусы существуют в двух формах: покоящейся, или внеклеточной (вирусные частицы, или вирионы), и репродуцирующейся, или внутриклеточной. Простые вирусы состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки – капсида и имеют палочковидную, нитевидную или сферическую форму. Более сложные вирусы кроме нуклеиновой кислоты и белков могут содержать липопротеидную мембрану, углеводы и неструктурные белки – ферменты.
Генетическим материалом для вирусов может являться как РНК, так и ДНК.
ДНК- содержащие вирусы:
-одноцепочечные линейные (парвовирусы)
-одноцепочечные кольцевые (бактериофаг М13)
-двуцепочечные линейные (аденовирусы, герпес-вирус)
-двуцепочечные кольцевые (папилловирусы)
РНК-содержащие:
-двуцепочечные линейные (реовирусы)
-одноцепочечные линейные: с позитивным геномом (ретровирусы) – транслируют генетическую информацию рибосомы (выполняют функции мРНК); с негативным геномом (грипп, корь) – служат матрицей для образования мРНК.
Строения клеток прокариот и эукариот.
| Признак | Прокариоты | Эукариоты |
| 1.Размеры клеток | Диаметр 0,5 – 5 мкм | Диаметр примерно 40 мкм. Объем клетки в 1000-10000 раз больше, чем у прокариот. |
| 2. Ядро | нет | есть |
| 3.Ядерная мембрана | нет | есть |
| 4.Генетический аппарат | Одна кольцевая хромосома в зоне нуклеоида | Хромосомы |
| 5.Система цитоплазматических мембран | нет | есть |
| 6.Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) | нет | есть |
| 7. Рибосомы | есть (70S) | есть (80S) |
| 8.Митохондрии | нет | есть |
| 9.Комплекс Гольджи | нет | есть |
| 10.Лизосомы | нет | есть |
| 11.Клеточный центр | нет | есть |
| 12.Микротрубочки | нет | есть |
| 13.Внутриклеточное перемещение цитоплазмы | нет | есть |
| 14. Органоиды движения | Жгутики. Жгутиковая нить состоит из белка флагеллина. | Реснички и жгутики включают в свой состав микротрубочки, построенные из белка тубулина. |
| 15.Наружная клеточная мембрана | есть | есть |
| 16. Клеточная стенка | Жесткая, содержит полисахариды, основной – муреин (пептидогликан) | У растений содержит целлюлозу, у рибов – хитин, у животных отсутствует. |
| 17. Деление | Прямое | Митоз, мейоз |
Строение эукариотической клетки
Клетка состоит из двух основных компонентов – ядра и цитоплазмы. Цитоплазма отделена от внешней среды плазматической мембраной и содержит органеллы и включения, погруженные в клеточный матрикс (цитозоль, гиалоплазма). Клеточный матрикс включает в себя различные биополимеры: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и т. д.
Органеллы – постоянные компоненты цитоплазмы. Различают мембранные и немембранные органеллы. Мембранные органеллы представлены двумя вариантами: одномембранные и двумембранные. К первым относятся эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы и другие специализированные вакуоли. К двумембранным относятся митохондрии и пластиды, а также клеточное ядро. К немембранным органеллам принадлежат рибосомы, клеточный центр животных клеток, а также элементы цитоскелета (микротрубочки и микрофиламенты).
Включения представляют собой непостоянные компоненты цитоплазмы, образующиеся в результате накопления продуктов метаболизма клеток.
Строение и функции клеточной мембраны.
Структурной основой мембран является двойной слой липидов, в который включены молекулы белка. К липидам относится большая группа органических веществ, обладающих плохой растворимостью в воде и хорошей растворимостью в органических растворителях. Характерными представителями липидов, встречающихся в клеточных мембранах, являются фосфолипиды, сфингомиелины и холестерин (в растительных клетках не обнаружен). Характерной особенностью липидов мембран является разделение их молекулы на две функционально различные части: неполярные хвосты, состоящие из жирных кислот, и заряженные полярные головки.
Обязательным компонентом клеточных мембран являются белки. В среднем они составляют 50% массы мембраны.
Выявлено два типа мембранных белков. Белки первого типа, называемые периферическими белками, связаны с мембраной в основном ионными взаимодействиями. Мембранные белки второго типа называют интегральными белками. Эти протеины или погружены в толщу липидного бислоя, или пронизывают мембрану насквозь (трансмембранные белки). Интегральные белки перемещаются в плоскости мембраны.
Функции мембран:
Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану (механизмы активного и пассивного транспорта). Понятие о метаболизме клетки.
Пассивный транспорт:
Диффузия – проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации.
Простая диффузия – это проникновение небольших молекул сквозь билипидный слой белков.
Облегченная диффузия – это проникновение веществ с помощью белков переносчиков.
Осмос - проникновение в клетку воды по осмотическому давлению. Белки аквопорины – усиливают осмос.
Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами — интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход. Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы.
Активный транспорт:
1. эндоцитоз - активный специфический процесс, при котором клеточная мембрана выпучивается внутрь клетки, формируя окаймлённые ямки. Внутриклеточная сторона окаймлённой ямки содержит набор адаптивных белков. Макромолекулы, связывающиеся со специфическими рецепторами на поверхности клетки, проходят внутрь со значительно большей скоростью, чем вещества, поступающие в клетки за счет пиноцитоза. Внешняя сторона мембраны при этом включает специфические рецепторы. При связывании лиганда из окружающей клетку среды окаймлённые ямки формируют внутриклеточные везикулы (окаймлённые пузырьки). Рецептор-опосредованный эндоцитоз включается для быстрого и контролируемого поглощения клеткой соответствующего лиганда. Эти пузырьки быстро теряют свою кайму и сливаются между собой, образуя более крупные пузырьки — эндосомы. После чего эндосомы сливаются с первичными лизосомами, в результате чего формируются вторичные лизосомы.
Сюда также относится фагоцитоз - процесс поглощения клеткой твёрдых объектов. Вокруг поглощаемого объекта образуется большая внутриклеточная вакуоль (фагосома). Путем слияния фагосомы с первичной лизосомой образуется вторичная лизосома. И пиноцитоз - процесс поглощения клеткой жидкой фазы из окружающей среды.
2. Экзоцитоз (выделение веществ из клетки) - у эукариот клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы (мембранные пузырьки) сливаются с внешней клеточной мембраной. При экзоцитозе содержимое секреторных везикул (экзоцитозных пузырьков) выделяется наружу, а их мембрана сливается с клеточной мембраной. У прокариот везикулярный механизм экзоцитоза не встречается, у них экзоцитозом называют встраивание белков в клеточную мембрану, выделение белков из клетки во внешнюю среду или в периплазматическое пространство.
Клеточные органеллы (мембранные и немембранные). Структура и функции. Строение цитоплазмы (цитоплазматический матрикс и цитоскелет).
Органеллы – постоянные компоненты цитоплазмы. Различают мембранные и немембранные органеллы. Мембранные органеллы представлены двумя вариантами: одномембранные и двумембранные. К первым относятся эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы и другие специализированные вакуоли. К двумембранным относятся митохондрии и пластиды, а также клеточное ядро. К немембранным органеллам принадлежат рибосомы, клеточный центр животных клеток, а также элементы цитоскелета (микротрубочки и микрофиламенты).
Включения представляют собой непостоянные компоненты цитоплазмы, образующиеся в результате накопления продуктов метаболизма клеток.
Эндоплазматический ретикулум (ЭПС).
ЭПР представляет собой систему уплощенных мембранных мешочков, канальцев, цистерн, пузырьков. Выделяют два типа ЭПР: гранулярный (шероховатый) и агранулярный (гладкий).
Мембраны гранулярного эндоплазматического ретикулума покрыты рибосомами.
Функции гранулярного ЭПР:
В отличие от гранулярного на мембранах гладкого ЭПР нет рибосом. Гладкий и шероховатый ЭПР связаны между собой и переходят друг в друга.
Функциями гладкого ЭПР является:
Аппарат Гольджи.
Представляет собой скопление мембранных структур в виде стопки (диктиосома). Между стопками располагаются тонкие прослойки гиалоплазмы. В секретирующих клетках аппарат Гольджи обычно поляризован: с одной стороны мембранные мешочки непрерывно образуются (цис-участок), а с другой – отшнуровываются в виде пузырьков (транс-участок). Цистерны аппарата Гольджи связаны с канальцами ЭПР.
Функции аппарата Гольджи:
Лизосомы.
Представляют собой пузырьки, ограниченные одиночной мембраной с разнородным содержимым внутри. Все лизосомы содержат ферменты гидролазы, что позволяет им участвовать в процессах внутриклеточного переваривания.
Первичные лизосомы – мелкие мембранные пузырьки 50-100 нм), содержащие набор гидролаз. Это неактивные структуры, еще не вступившие в процессы расщепления субстратов.
Вторичные лизосомы – продукт слияния первичных лизосом с фагоцитарными, или пиноцитозными вакуолями.
Аутофагосомы (аутолизосомы) – вторичные лизосомы, выполняющие функцию уничтожения измененных, либо отслуживших свой срок клеточных компонентов.
Телолизосомы (остаточные тельца) – вторичные лизосомы, содержащие не до конца переваренные продукты обмена, либо пигментные вещества.
Пероксисомы (микротельца).
Это небольшие вакуоли, окруженные мембраной. В матриксе располагаются кристаллоподобные структуры, состоящие из регулярно упакованных фибрилл или трубочек.
Функции пероксисом:
* Во фракциях пероксисом обнаруживаются ферменты, связанные с метаболизмом перекиси водорода. Каталаза разлагает перикись водорода на воду и кислород;
Митохондрии.
Двумембранные органеллы эукариотических клеток. Наружная мембрана отделяет митохондрию от гиалоплазмы. Внутренняя мембрана ограничивает собственно содержимое митохондрии, ее матрикс. Внутренняя мембрана образует выпячивания внутрь митохондрии (кристы). Во внутреннюю мембрану встроены белки, представляющие собой цепь переноса электронов (дыхательная цепь). Матрикс митохондрий содержит рибосомы, кольцевые молекулы ДНК, мРНК, тРНК, отложения солей магния и кальция и большое количество ферментов.
Функции митохондрий:
Пластиды
Двумембранные органеллы, встречающиеся у фотосинтезирующих эукариотических организмов (высшие растения, низшие водоросли, некоторые одноклеточные организмы). У высших растений найден целый ряд различных пластид (хлоропласт, лейкопласт, амилопласт, хромопласт).
Функции пластид:
Хлоропласты – это структуры, в которых происходят фотосинтетические процессы, приводящие в конечном итоге к связыванию углекислоты и синтезу сахаров и к выделению кислорода. В других пластидах (лейкопласты, амилопласты) происходит отложение крахмала и каротиноидов (хромопласты).
Вакуоли растительных клеток.
Одномембранные структуры. Мембрана центральной вакуоли носит название тонопласта. Полость вакуоли заполнена клеточным соком, в состав которого входят различные неорганические соли, сахара, органические кислоты и их соли и другие низкомолекулярные соединения, а также некоторые высокомолекулярные вещества (например, белки).
Функции вакуолей:
Клеточная стенка.
Встречается у прокариотических клеток, клеток растений и грибов. Это плотная многослойная структура. Клеточная стенка является продуктом жизнедеятельности клетки.
Функции клеточной стенки:
Рибосомы.
Немембранные органеллы клетки. Состоят из двух субъединиц – большой и малой. Кроме ЭПР и гиалоплазмы обнаруживаются в митохондриях и пластидах.
Функция рибосом: являются местом синтеза белка в клетке.
Микротрубочки.
Это цилиндрические неразветвленные органеллы, диаметром приблизительно 24 нм. Построены из спирально упакованных глобулярных субъединиц белка тубулина.
Функции:
Микротрубочки входят в состав центриолей, базальных телец, ресничек, жгутиков. Микротрубочки участвуют в перемещении других клеточных органелл, например пузырьков Гольджи. Кроме того, микротрубочки образуют опорную систему клетки – цитоскелет.
Микрофиламентами называются очень тонкие белковые нити диаметром 5 –7 нм. Эти нити состоят из белка актина и образуют цитоскелет. По-видимому, микрофиламенты участвуют также в экзо- и эндоцитозе. В клетке обнаруживаются и нити миозина (их количество значительно меньше). Взаимодействие актина и миозина лежит в основе сокращения мышц.
Промежуточные филаменты имеют толщину 8-10 нм, В состав промежуточных филаментов входит несколько разных, но родственных белков. Выполняют только опорную функцию.
Клеточный центр.
Немембранная органелла клетки. Состоит из двух центриолей. Основу строения центриолей составляют расположенные по окружности девять триплетов микротрубочек, образующие таким образом полый цилиндр. Обычно центриоли располагаются под прямым углом друг к другу.
В делящихся клетках центриоли принимают участие в формировании веретена деления и располагаются на его полюсах. В не делящихся клетках центриоли часто определяют полярность клеток эпителия и располагаются вблизи аппарата Гольджи.
Ядро.
Клеточное ядро состоит из ядерной оболочки (кариолеммы), Ядро - самая крупная клеточная структура, заключенная в оболочку из двух мембран – наружной и внутренней, разделенных полостью – перинуклеарной цистерной. На наружной ядерной мембране располагается большое количество рибосом. Она непосредственно переходит в мембраны ЭПР. Перинуклеарная цистерна сообщается с цистернами гранулярного ЭПР.
Внутренняя мембрана ядерной оболочки гладкая. Она связана с фиброзным слоем – ядерной ламиной. Ядерная ламина состоит из сети промежуточных филаментов. Ядерная ламина поддерживает форму ядра, кроме того, она заякоривает хроматин на ядерной оболочке, способствуя его укладке.
Оболочка ядра пронизана порами. Поры образуются за счет слияния двух ядерных мембран в виде округлых сквозных отверстий. Отверстие в ядерной оболочке заполнено сложно организованными глобулярными и фибриллярными структурами.
Основным компонентом интерфазного ядра является хроматин, в состав которого входит ДНК в комплексе с белком. В делящихся клетках хроматиновые нити спирализуются и образуют хромосомы.
Внутри ядра располагаются ядрышки. Ядрышко – производное хромосомы, один из ее локусов. В состав ядрышка также входят рРНК и белки.
Функции:
Включения.
Временные компоненты цитоплазмы, продукты ее жизнедеятельности.
Различают секреторные, экскреторные и трофические включения.
Секреторныепредставляют собой пузырьки, окруженные мембраной, и содержащие биологически активные вещества, подлежащие выделению из клетки во внешнюю среду.
Экскреторныевключения содержат вредные продукты метаболизма, которые должны быть удалены из цитоплазмы клетки.
Трофическиевключения накапливают запасные вещества (липиды, углеводы, белки).
Цитоплазма – это внеядерная часть клетки, включающая гомогенную гиалоплазму и многочисленные цитоплазматические структуры (органеллы и включения). Химический состав цитоплазмы: основу составляет вода, различные органические и неорганические соединения. Цитоплазма имеет щелочную реакцию. Характерная особенность цитоплазмы эукариотической клетки — постоянное движение. Если движение цитоплазмы прекращается, клетка погибает.
Гиалоплазма (цитозоль) представляет собой бесцветный, слизистый, густой и прозрачный коллоидный раствор. Именно в ней протекают все процессы обмена веществ, она обеспечивает взаимосвязь ядра и всех органоидов.
Функции цитоплазмы:
Цитоскелет – это сложная система неразветвленных белковых нитей. Расположена в цитозоле и постоянно перестраивается. Значение: ни одно клеточное деление не произойдет без участия цитоскелета.
11: Химический состав клетки (макро и микроэлементы, неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки).
Выделяют 3 группы элементов:
Макроэлементы: сюда относят кислород (65—75 %), углерод (15—18 %), водород (8—10 %), азот (2,0—3,0 %), калий (0,15—0,4 %), сера (0,15—0,2 %), фосфор (0,2—1,0 %), хлор (0,05—0,1 %), магний (0,02—0,03 %), натрий (0,02—0,03 %), кальций (0,04—2,00 %), железо (0,01—0,015 %.
Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу.
Кислород — входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды.
Водород — входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды.
Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов.
Сера — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.
Фосфор — входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты), в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов).
Магний — кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.
Кальций — участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные процессы. Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.
Натрий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессы осморегуляции (в том числе работу почек у человека) и создании буферной системы крови.
Калий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы. Содержится в межклеточных веществах.
Хлор — поддерживает электронейтральность клетки.
Микроэлементы: К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы тела живых существ, относят ванадий, германий, йод, кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк
Цинк — входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина
Медь — входит в состав окислительных ферментов
Селен - участвует в регуляторных процессах организма.
Ультрамикроэлементы: составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны.
Органические вещества клетки. Понятие о биополимерах. Белки (структура и функции).
Белки.
Белки – нерегулярные полимеры, мономерами которых являются АК. В составе белковых полимеров обнаружено 20 различных аминокислот, каждая их которых имеет особое строение, свойство и название. Между соединившимися АК возникает связь –HN-CO-, называемая пептидной связью, а образовавшееся соединение – пептидом.
Выделяют несколько уровней организации белковой молекулы:
-первичная структура белка представляющая собой полипептидную цепь, состоящую из цепи аминокислотных звеньев, связанных между собой пептидными связями.
-вторичная структура белка, где белковая нить закручивается в виде спирали. Между пептидными связями, расположенными на соседних витках, образуются водородные связи (между NH- и CO-группами). Водородные связи слабее ковалентных, но повторяясь многократно, они дают прочное сцепление. Такая структура является довольно устойчивой.
-третичная структура белка поддерживается еще более слабыми связями, чем водородные – гидрофобными. Несмотря на их слабость, в сумме они дают значительную энергию взаимодействия.
-четвертичная структура белка образуется в результате соединения нескольких белковых макромолекул друг с другом, которые и являются мономерами макромолекулы белка. Крепление четвертичной структуры обусловлена наличием слабых связей и –S-S- связи.
Роль белков в клетке. Прежде всего белки – строительный материал. Они участвуют в образовании оболочки, органоидов и мембран клетки. У высших животных из белков построены кровеносные сосуды, сухожилия, волосы и т.д.
Каталитическая роль белков. Скорость химических реакций зависит от свойств реагирующих веществ и от их концентрации. Чем вещества активнее, чем концентрация их больше, тем скорость реакции выше.
Двигательная функция белков. Все виды движений выполняют особые сократительные белки.
Транспортная. Белок крови гемоглобин присоединяя к себе кислород, разносит его по всему организму.
Они связывают и обезвреживают чужеродные тела. В этом случае белки выполняют защитную роль.
Белки как источника энергии. Белки распадаются в клетке до АК. Часть их расходуется на синтез белков, а часть подвергается глубокому расщеплению, в ходе которого освобождается энергия. При полном распаде 1 г белка освобождается 17,6 кДж (4,2 ккал).
Углеводы. – органические вещества, в состав которых входят углерод, кислород и водород. Все углеводы разделяются на две группы: моносахариды и полисахариды. Несколько молекул моносахаридов, соединяясь между собой с выделением воды, образуют молекулы полисахарида. Полисахариды – полимеры, в которых роль мономеров играют моносахариды.
Моносахариды. Они состоят из одной молекулы и представляют собой бесцветные, твердые кристаллические вещества, сладкие на вкус.
Полисахариды. Из двух моносахаров образуются дисахариды, из трех – трисахариды, из многих – полисахариды.
Функции углеводов. Энергетическая функция
Структурная функция.
З апасание питательных веществ. В клетках углеводы накапливаются в виде крахмала у растений и гликогена у животных и грибов. Эти вещества представляют собой запасную форму углеводов и расходуются по мере возникновения потребности в энергии.
Защитная функция. Вязкие секреты (слизи), выделяемые различными железами предохраняются стенки полых органов (пищевода, кишечника, желудка, бронхов) от механических повреждений, проникновения вредных бактерий и вирусов.
Углеводы входят в состав носителей генетической информации – нуклеиновых кислот.
Липиды. Липиды – органические соединения с различной структурой, но общими свойствами. Они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях. Содержание жира в клетках составляет от 5-15% от сухой массы.
Функции липидов – энергетическая функция. Жиры способны расщепляться в клетке до простых продуктов и в ходе этого процесса освобождается 38,9 кДж на 1 г жира (9,3 ккал), что в два раза больше по сравнению с углеводами и белками.
Структурная функция. Двойной слой фосфолипидов является основой клеточной мембраны.
Функция запасания питательных веществ. Жиры являются своего рода энергетическими консервантами. Жировыми депо могут быть и капли жира внутри клетки, и подкожная клетчатка. Жиры являются основным источником энергии для синтеза АТФ, источником метаболической воды.
Функция терморегуляции.
Защитная функция. Гликолипиды участвуют распознавании и связывании токсинов возбудителей опасных болезней.
Регуляторная функция. Многие гормоны являются производными холестерина.
Нуклеиновые кислоты.
ДНК – полимерная молекула, состоящая из тысячи и даже миллионов мономеров – дезоксирибонуклеотидов (нуклеотид). ДНК содержится преимущественно в ядре клеток, а также небольшое количество в митохондриях и хлоропластах.
РНК – полимер, мономером которого является рибонуклеотид. РНК находится в ядре и цитоплазме. РНК представляет собой однонитевую молекулу, построенную таким же образом как и одна из цепей ДНК. Три основания совершенно одинаковы ДНК: А, Г, Ц, однако вместо Т, присутствующего в ДНК, в состав РНК входит У. В РНК вместо углевода дезоксирибозы – рибоза.
13: Нуклеиновые кислоты: строение и функции. Химическая структура мономеров нуклеиновых кислот (нуклеотиды и нуклеозиды, пурины и пиримидины).
Нуклеиновые кислоты – это линейные полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид образован нуклеозидной группой, фосфатом и пентозой. Мономерами ДНК являются дезоксирибонуклеотиды, мономерами РНК – рибонуклеотиды.
Строение и номенклатура нуклеотидов. В состав нуклеотида входят три компонента: фосфат – сахар – основание.
Углеводный компонент нуклеотида представлен рибозой или 2’-дезоксирибозой, имеющих D-конфигурацию.
Азотистые основания – это гетероциклические органические соединения, содержащие атомы азота. В составе ДНК встречаются 4 типа оснований - аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т), в состав РНК входят А, Г, Ц и У (урацил). Аденин и гуанин являются производными пурина, цитозин, тимин и урацил – это производные пиримидина.
Номенклатура. Соединение, состоящее из основания и углевода, называется нуклеозидом. Азотистые основания соединяются с 1’ углеродным атомом пентозы β-гликозидной связью.
Первичная структура полимера определяется последовательностью мономеров в цепи. Нуклеотиды соединяются друг с другом 3’,5’-фосфодиэфирной связью, образуя полинуклеотидные цепи из сотен тысяч и миллионов нуклеотидов. Короткие цепочки из десяти – пятнадцати нуклеотидов называются олигонуклеотидами. Фосфат связывает 3’-ОН группу одного нуклеотида с 5’-OH группой другого нуклеотида.
Генетические функции нуклеиновых кислот: 1- хранение генетической информации. 2 - реализация генетической информации (синтез полипептида). 3 - передача наследственной информации дочерним клеткам при делении клеток и последующим поколениям при размножении.
Дата добавления: 2015-10-23; просмотров: 351 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Кругообіг речовин і енергії в біосфері | | | Клеточные органеллы (мембранные и немембранные). Структура и функции. Строение цитоплазмы(цитоплазматический матрикс и цитоскелет). |